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這是微波應用場景在機器人領域的創新性延伸。

在物理世界，微波是指頻率在 300MHz-300GHz 之間的電磁波，它具有易于集聚成束、高度定向性以及直線傳播的特性。微波的最重要應用是軍事和工業領域的雷達和通信，在生物、醫學等領域的研究和發展也越來越受到重視。日常生活中隨處可見微波的應用，比如微波爐、生物殺菌等。

得益于其障礙物透射率、快速能量瞄準以及選擇性加熱等優點，微波也成為了一種很有前途的無線驅動策略。雖然已經出現了一些基于不同結構的微波驅動人造肌肉研究，但微波控制的研究缺失限制了微波驅動（microwave-driven, MWD）機器人的發展。

近日，哈工大威海校區機器人研究所軟體機器人實驗室首次通過改變 2.47 GHz微波的偏振方向來調整能量分布，進而控制MWD遠場并聯機器人。該并聯機器人基于三個由吸波片和雙金屬片組成的雙層彎曲致動器，它可以在700W發射功率下實現0.4m的圓形和三角形路徑運動。

研究者還探究了雙層彎曲致動器在微波下的熱響應速率，發現電場分量在致動器的最佳長度下可以提供比磁場分量更快的熱響應。

相關研究《Multi-Degree-of-Freedom Robots Powered and Controlled by Microwaves》在國際頂級期刊Advanced Science上發表。論文第一作者為博士生李永澤，共同通訊作者為邢志廣博士和趙建文教授。

論文地址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202203305

并聯機器人的工作是在一個由微波透明材料組成的封閉空間中演示的，下圖為它的圓形和三角形路徑運動軌跡。

圓形路徑運動的動態示意圖如下所示：

三角形路徑運動的動態示意圖如下所示：

研究者還提出了一種基于形狀記憶合金（shape memory alloys, SMA）彈簧和導線的伸縮致動器，并基于該致動器設計了一個四足爬行機器人。四足爬行機器人長約15毫米，重僅 0.42克，是目前最輕的射頻驅動機器人。

研究者展示了使用微波實現機器人的多自由度可控性，為一些工程案例提供了潛在的解決方案，如反應堆/管道檢查和醫療應用等。

研究概覽

該機器人的主動臂由吸波材料和雙金屬片(5J20110)制成的彎曲致動器構成。吸波材料可以吸收外部電磁能量，并作為雙金屬片的體積熱源。為了減少雙金屬片對微波的反射，雙金屬片的形狀被制成梯形，其面積為吸波材料面積的50%。通過結合這兩種材料，實現了微波驅動的致動器，其具有材料易得，制造工藝簡單，成本低等特點。

微波驅動機器人有兩種不同的運動形式

為了使彎曲致動器有足夠的響應速度，他們研究了吸波片的最佳長度，發現在 0.4 m 外 700 W 的輻射功率下，吸波片可以在 10 s 內升至 80 ℃。在并聯機器人上，三個間隔為120°的彎曲致動器對不同極化方向的微波具有不同的接收效率。通過改變微波的偏振方向，可以調節各個彎曲致動器的響應。

此外，為了展示微波驅動機器人在小型化、輕量化、柔性運動和群體驅動方面的潛力，該研究還設計了基于可伸縮致動器機器人，導線作為微波接收器，SMA彈簧作為致動器。SMA彈簧彈性范圍大，在相變溫度下也可以恢復原型。與SMA導線(收縮率約為3-5%)相比，SMA彈簧具有更大的線性運動能力(收縮率約為40%)。

為了展示微波的多目標驅動能力，該研究設計了一個花狀機器人，它包含四個可伸縮致動器，可以模擬花的運動（圖6A）。花狀機器人的結構和運動原理如圖6A（右）所示。這四個花瓣是由PET片材（PET sheet）和粉色硬紙板制成。SMA彈簧連接在硅膠墊片上，硅膠墊片附著在PET片上。該設計可以防止SMA彈簧對PET板材的燒損。導線被連接到SMA彈簧的底部，并像雄蕊一樣通過聚乳酸 (PLA) 孔向上伸展。